双腱绳串联式耦合自适应手指装置，属于机器人手爪技术领域，包括基座、两个指节、两个关节轴、驱动器、多个传动轮、传动机构和两个簧件等。该装置实现了机器人手指耦合运动快速收拢与自适应抓取的功能。该装置根据物体形状和位置的不同，能快速转动第二指节去夹持物体，还能在第一指节接触物体之后，自动转动第二指节去接触物体，达到自适应包络不同形状、尺寸物体的目的；抓取范围大，抓取稳定可靠；利用一个驱动器驱动两个指节；该装置结构简单，加工、装配和维修成本低，适用于机器人手。
【技术实现步骤摘要】
双腱绳串联式耦合自适应手指装置
本专利技术属于机器人手爪
，特别涉及一种双腱绳串联式耦合自适应手指装置的结构设计。
技术介绍
随着智能技术的发展，机器人技术成为当今的研究热点，机器人手作为机器人的一种末端执行器，也引起越来越多研究人员的关注。为了协助机器人在特殊情况下完成更多的任务，人们开发了多种多样的机器人手，例如灵巧手、欠驱动手、夹持器等。研制能具有高度灵活性、多种感知能力、结构紧凑、抓持力大，能够抓取多种形状性质各异的物体，完成各种任务的机器人手一直是机器人手研究的共同目标。现有的机器人灵巧手控制复杂，且抓持力较小，成本昂贵使得灵巧手的应用受到极大地限制。手指适应物体表面抓取主要采用各手指表面对物体表面形成多点接触，各点的作用力与物体受到的外力达到力学平衡，进而物体达到静力平衡状态，从而实现对物体的抓取。手指的构型对物体形成几何约束，由于不需要较大的摩擦力与物体受到的外力平衡的过程，各手指表面对物体表面的作用力远小于依靠摩擦约束物体对物体表面的作用力，适应物体表面抓取也被称为强力抓取。手在抓住物体的同时需要限制物体的六个自由度才能稳定的抓住物体。为了协助机器人完成更多的任务，机器人手需要能够最大限度的适应抓取多种不同形状尺寸的物体。自适应抓取模式是指采用柔性关节或弹簧等部件使得机器人手指在抓取物体时各指节能够根据物体表面发生相对运动，达到自适应物体表面包络抓取物体效果的抓取模式，例如SARAH手和Southampton手就是采用自适应抓取模式。现有的灵巧手和欠驱动手能够实现适应物体表面抓取模式。灵巧手虽然在动作过程中拟人程度高，能够完成适应物体表面抓取，但其成本较高，控制复杂，需要经常进行维护。现有的灵巧手关节驱动器(如电机、空气肌肉等)产生的驱动力较小，而灵巧手各指节的运动由灵巧手关节驱动器直接驱动，使得灵巧手负载能力较弱，这些使得灵巧手不能广泛的投入生产实践和日常生活中。为此，欠驱动拟人机器人手应运而生，欠驱动手是驱动器数目少于关节自由度的机器人手，加拿大Laval大学较早的提出了欠驱动机器人手理论和一种经典的四连杆-弹簧结构的欠驱动机器人手。理论和实践证明，欠驱动机器人手由于驱动器较少控制简单，抓取力大，结构紧凑，具有很高的应用价值。此后，涌现了大量关于欠驱动手的研究成果，欠驱动手也被大量装备于服务机器人、工业机器人人、空间机器人等。面向空间在轨服务、捕获失效翻转卫星等操作任务需要空间机器人能够完成稳定的抓取以实现较大强度的连接，此过程无需手的操作，而且太空环境中舱外作业所处的环境非常复杂，较大的温差和射线会对精密的机械设备和传感器造成较大的损坏，因此灵巧手在该类任务中的应用受到极大的限制。设计大抓取力、高适应性、高可靠性、质量轻的抓持器成为空间抓取研究的重点之一。传统的工业夹持器结构简单，抓取力大，但传统的二指平夹式工业夹持器在抓捕卫星的过程中，限制的自由度较少，需要施加巨大的夹持力，由于卫星本体结构多为薄壁结构，巨大的抓持力会造成卫星本体的破坏。为此，欠驱动手由于其自适应性、传感控制系统简单、抓取力较大、可靠性好等优势，适用于空间应用等工况恶劣、高负载的抓取的任务。已有的一种欠驱动两关节机器人手指装置(中国专利技术专利CN101234489A)，包括基座、电机、中部指节、末端指节和平行带轮式传动机构等。该装置实现了双关节欠驱动手指弯曲抓取物体的特殊效果，具有自适应性。该欠驱动机械手指装置的不足之处在于：带轮传动需要复杂的张紧装置，装配难度大，且带传动作为小负载传动，产生的抓持力较小，传动带具有较大的弹性。随着科学技术的发展，大抗拉强度延展性接近0的腱绳已被开发出来，腱绳传动的欠驱动手具有明显的优势。具有平夹自适应的抓取模式的欠驱动手已经被开发出来，已有的一种欠驱动手指，如美国专利US8973958B2，包括五个连杆、弹簧、机械约束和驱动器等。该装置实现了圆弧平行夹持与自适应抓取模式。在工作时，开始阶段相对于基座保持末端指节的姿态进行近关节弯曲动作，之后根据物体的位置可以实现平行夹持或自适应包络握持的功能。其不足之处在于，(1)该装置末端指节平行运动，手指收敛速度较慢，易造成抓取过程中空间中运动物体逃逸；(2)该装置采用多连杆机构，运动存在较大的死区，抓取范围小。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了克服已有技术的不足之处，提供一种双腱绳串联式耦合自适应手指装置；耦合与自适应复合抓取模式，既能耦合转动两个指节夹持物体，也能在转动第一指节碰触物体的情况下自动转动第二指节包络握持物体，达到对不同形状尺寸物体的自适应握持效果。为实现上述目的，本专利技术采取的技术方案如下：一种双腱绳串联式耦合自适应手指装置，包括基座、第一指节、第二指节、第一关节轴、第二关节轴、第二槽轮、传动机构、驱动器、第一簧件、至少一个第一槽轮、至少一个第三槽轮；所述第一关节轴转动设置在基座中，所述第一指节固定连接在第一关节轴上，所述第二关节轴转动设置在第一指节中，所述第二指节固定连接在第二关节轴上，所述第一关节轴的中心线与第二关节轴的中心线平行；所述第一槽轮和第三槽轮分别转动连接在第一关节轴上，所述第二槽轮的外圆面设置有至少两个沟槽，所述第二槽轮转动连接在第二关节轴上；所述驱动器固接在所述基座上，所述驱动器的输出端与传动机构的输入端连接；所述第一簧件的两端分别连接在第一指节和基座上；其特征在于：该双腱绳串联式耦合自适应手指装置还包括第一轴、第二轴、第三轴、第四轴、第五轴、调节螺母、第二簧件、滑块和调节螺杆、至少一个第四槽轮、至少一根第一腱绳、至少一根第二腱绳；所述第一轴转动连接在基座中，所述第四槽轮转动连接在第一轴上；所述第二轴转动连接在基座中，所述第三轴转动连接在第一指节中，所述第四轴转动连接在第二指节中，所述第五轴固定连接在第二指节中；所述第一腱绳的一端与所述第二指节连接，第一腱绳的另一端依次绕过第二指节的第四轴、所述第二槽轮的相对应沟槽、第一槽轮以及第二轴后与所述滑块连接，所述第一腱绳在第一槽轮的沟槽和第二槽轮的沟槽中并呈‘S’型缠绕；通过第一腱绳的传动，第一槽轮和第二槽轮构成传动关系且传动比小于0；所述第二腱绳的一端与第二指节连接，第二腱绳的另一端依次绕过第二指节的第四轴、第二槽轮中的相对应沟槽、第三轴、第三槽轮以及第四槽轮后与传动机构的输出端连接；通过第二腱绳的传动，第二槽轮和第三槽轮构成传动关系且传动比大于0；所述调节螺母滑动镶嵌在基座中，所述滑块滑动镶嵌在调节螺杆上；所述调节螺杆套设在基座的通孔中；调节螺母螺纹连接在调节螺杆上，调节螺母与调节螺杆构成螺旋传动关系；所述第二簧件的一端与滑块连接，另一端与调节螺母连接。进一步的，所述第一腱绳和第二腱绳分别为两根，所述第一槽轮和第三槽轮分别为两个，所述两个第一槽轮并列转动设置在第一关节轴的中间，所述两个第三槽轮分别转动设置在第一关节轴上并位于所述第一槽轮的两端，所述第二槽轮的外圆面设置有四个沟槽，所述第四槽轮为两个，所述两根第一腱绳的一端并列固定在第二指节的第五轴的中间，所述两根第一腱绳的另一端并列依次绕过第二指节的第四轴、所述第二槽轮的中间两个沟槽、两个第一槽轮以及第二轴后与所述滑块固定连接，所述两根第二腱绳的一端分别固定在第二指节的第五轴上并位于所述第一腱绳的两本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种双腱绳串联式耦合自适应手指装置，包括基座(1)、第一指节(2)、第二指节(3)、第一关节轴(11)、第二关节轴(12)、第二槽轮(82)、传动机构(4)、驱动器(5)、第一簧件(6)、至少一个第一槽轮(81)、至少一个第三槽轮(83)；所述第一关节轴(11)转动设置在基座(1)中，所述第一指节(2)固定连接在第一关节轴(11)上，所述第二关节轴(12)转动设置在第一指节(2)中，所述第二指节(3)固定连接在第二关节轴(12)上，所述第一关节轴(11)的中心线与第二关节轴(12)的中心线平行；所述第一槽轮(81)和第三槽轮(83)分别转动连接在第一关节轴(11)上，所述第二槽轮(82)转动连接在第二关节轴(12)上，所述第二槽轮(82)的外圆面设置有至少两个沟槽；所述驱动器(5)固接在所述基座(1)上，所述驱动器(5)的输出端与传动机构(4)的输入端连接；所述第一簧件(6)的两端分别连接在第一指节(2)和基座(1)上；其特征在于：该双腱绳串联式耦合自适应手指装置还包括第一轴(13)、第二轴(14)、第三轴(15)、第四轴(16)、第五轴(17)、调节螺母(71)、第二簧件(72)、滑块(73)和调节螺杆(74)、至少一个第四槽轮(84)、至少一根第一腱绳(51)、至少一根第二腱绳(52)；所述第一轴(13)转动连接在基座(1)中，所述第四槽轮(84)转动连接在第一轴(13)上；所述第二轴(14)转动连接在基座(1)中，所述第三轴(15)转动连接在第一指节(2)中，所述第四轴(16)转动连接在第二指节(3)中，所述第五轴(17)连接在第二指节(3)中；所述第一腱绳(51)的一端与所述第二指节(3)连接，第一腱绳(51)的另一端依次绕过第二指节(3)的第四轴(16)、所述第二槽轮(82)的相对应沟槽、第一槽轮(81)以及第二轴(14)后与所述滑块(73)连接，所述第一腱绳(51)在第一槽轮(81)的沟槽和第二槽轮(82)的沟槽中并呈‘S’型缠绕；通过第一腱绳(51)的传动，第一槽轮(81)和第二槽轮(82)构成传动关系且传动比小于0；所述第二腱绳(52)的一端与第二指节(3)连接，第二腱绳(52)的另一端依次绕过第二指节(3)的所述第四轴(16)、第二槽轮(82)中的相对应沟槽、第三轴(15)、第三槽轮(83)以及第四槽轮(84)后与传动机构(4)的输出端连接；通过第二腱绳(52)的传动，第二槽轮(82)和第三槽轮(83)构成传动关系且传动比大于0；所述调节螺母(71)滑动镶嵌在基座(1)中，所述滑块(73)滑动镶嵌在调节螺杆(74)上；所述调节螺杆(74)套设在基座(1)的通孔中；调节螺母(71)螺纹连接在调节螺杆(74)上，调节螺母(71)与调节螺杆(74)构成螺旋传动关系；所述第二簧件(72)的一端与滑块(73)连接，另一端与调节螺母(71)连接。...
【技术特征摘要】
1.一种双腱绳串联式耦合自适应手指装置，包括基座(1)、第一指节(2)、第二指节(3)、第一关节轴(11)、第二关节轴(12)、第二槽轮(82)、传动机构(4)、驱动器(5)、第一簧件(6)、至少一个第一槽轮(81)、至少一个第三槽轮(83)；所述第一关节轴(11)转动设置在基座(1)中，所述第一指节(2)固定连接在第一关节轴(11)上，所述第二关节轴(12)转动设置在第一指节(2)中，所述第二指节(3)固定连接在第二关节轴(12)上，所述第一关节轴(11)的中心线与第二关节轴(12)的中心线平行；所述第一槽轮(81)和第三槽轮(83)分别转动连接在第一关节轴(11)上，所述第二槽轮(82)转动连接在第二关节轴(12)上，所述第二槽轮(82)的外圆面设置有至少两个沟槽；所述驱动器(5)固接在所述基座(1)上，所述驱动器(5)的输出端与传动机构(4)的输入端连接；所述第一簧件(6)的两端分别连接在第一指节(2)和基座(1)上；其特征在于：该双腱绳串联式耦合自适应手指装置还包括第一轴(13)、第二轴(14)、第三轴(15)、第四轴(16)、第五轴(17)、调节螺母(71)、第二簧件(72)、滑块(73)和调节螺杆(74)、至少一个第四槽轮(84)、至少一根第一腱绳(51)、至少一根第二腱绳(52)；所述第一轴(13)转动连接在基座(1)中，所述第四槽轮(84)转动连接在第一轴(13)上；所述第二轴(14)转动连接在基座(1)中，所述第三轴(15)转动连接在第一指节(2)中，所述第四轴(16)转动连接在第二指节(3)中，所述第五轴(17)连接在第二指节(3)中；所述第一腱绳(51)的一端与所述第二指节(3)连接，第一腱绳(51)的另一端依次绕过第二指节(3)的第四轴(16)、所述第二槽轮(82)的相对应沟槽、第一槽轮(81)以及第二轴(14)后与所述滑块(73)连接，所述第一腱绳(51)在第一槽轮(81)的沟槽和第二槽轮(82)的沟槽中并呈‘S’型缠绕；通过第一腱绳(51)的传动，第一槽轮(81)和第二槽轮(82)构成传动关系且传动比小于0；所述第二腱绳(52)的一端与第二指节(3)连接，第二腱绳(52)的另一端依次绕过第二指节(3)的所述第四轴(16)、第二槽轮(82)中的相对应沟槽、第三轴(15)、第三槽轮(83)以及第四槽轮(84)后与传动机构(4)的输出端连接；通过第二腱绳(52)的传动，第二槽轮(82)和第三槽轮(83)构成传动关系且传动比大于0；所述调节螺母(71)滑动镶嵌在基座(1)中，所述滑块(73)滑动镶嵌在调节螺杆(74)上；所述调节螺杆(74)套设...
【专利技术属性】
技术研发人员：谢宗武，胡汉东，樊绍巍，刘宏，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江,23
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